Слайд 2
![Цель: познакомится с особенностями химического состава бактериальной клетки и основными](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-1.jpg)
Цель: познакомится с особенностями химического состава бактериальной клетки и основными метаболическими
процессами.
План:
1. Определение понятия
2. Метаболизм бактерий
3. Питание бактерий
3.1. Химический состав бактерий
3.2. Классификация бактерий по типам питания и способам получения энергии
4. Механизмы питания
Слайд 3
![Старое представление о бактериях как о примитивных живых существах —](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-2.jpg)
Старое представление о бактериях как о примитивных живых существах — первичных
единицах жизни сейчас отвергнуто. Глубокое изучение морфологии и физиологии микробной клетки показало, что, как по своей структуре, так и по метаболической активности, бактерии являются сложными организмами.
Слайд 4
![Физиология микроорганизмов изучает процессы жизнедеятельности микробных клеток, процессы их дыхания,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-3.jpg)
Физиология микроорганизмов изучает процессы жизнедеятельности микробных клеток, процессы их дыхания, питания,
роста и размножения, закономерности взаимодействия с окружающей средой.
Слайд 5
![Метаболизм бактерий лежит в основе разработки методов их культивирования, получения](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-4.jpg)
Метаболизм бактерий лежит в основе разработки методов их культивирования, получения чистых
культур и идентификации. Выяснение физиологии микроорганизмов необходимо для изучения патогенеза инфекционных заболеваний, для постановки микробиологической диагностики, проведения лечения и профилактики инфекционных заболеваний, регуляции взаимоотношений человека с окружающей средой и использования бактерий в биотехнологических процессах с целью получения биологически активных веществ.
Слайд 6
![Метаболизм бактерий Совокупность процессов превращения веществ и энергии, направленных на](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-5.jpg)
Метаболизм бактерий
Совокупность процессов превращения веществ и энергии, направленных на сохранение
и воспроизведение жизни, называют обменом веществ, или метаболизмом.
Уровень метаболизма микробной клетки немного выше, чем у других организмов (животных, растений). Термин «метаболизм» объединяет два процесса: анаболизм (ассимиляция или пластический метаболизм) и диссимиляцию (энергетический метаболизм).
Слайд 7
![Анаболизм – это конструктивный метаболизм, при котором происходят реакции синтеза](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-6.jpg)
Анаболизм – это конструктивный метаболизм, при котором происходят реакции синтеза молекул
клетки микроорганизма
Анаболизм обеспечивает усвоение веществ из окружающей среды, используемых для построения клеточных структур.
Слайд 8
![Эта работа требует энергии, которую клетки получают в результате катаболических](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-7.jpg)
Эта работа требует энергии, которую клетки получают в результате катаболических процессов
Катаболизм
- расщепление различных питательных веществ (белков, углеводов, липидов и др.).
Эти процессы могут происходить в аэробных или анаэробных условиях. Катаболизм и анаболизм взаимосвязаны.
Слайд 9
![У микробной клетки соотношение поверхности к массе очень высоко по](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-8.jpg)
У микробной клетки соотношение поверхности к массе очень высоко по сравнению
с другими организмами. Микробные клетки обладают огромным набором ферментов. Очевидно, их эволюция шла по пути утраты излишних ферментных систем.
Слайд 10
![Химический состав бактерий вода – 75-85% минеральные вещества – Р,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-9.jpg)
Химический состав бактерий
вода – 75-85%
минеральные вещества – Р, S, Na,
Mg, K, Ca, Fe, Ce и др., микроэлементы (Mo, Ko, В, Mn, Zn, Cn, Li, Ba и др.) – 2-14% сухого вещества
белки – более 50% (≈ 40-80%) сухого вещества
нуклеиновые кислоты – 10-30%
углеводы и многоатомные спирты – 10-30%
липиды – 10-40%
Химический состав микробной клетки зависит от веществ, составляющих питательную среду, характера обмена и условий культивирования.
Слайд 11
![Вода – преобладающий компонент всех живых организмов. Содержание воды в](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-10.jpg)
Вода – преобладающий компонент всех живых организмов. Содержание воды в цитоплазме
бактерий колеблется от 75% (возбудитель эшерихиозов) до 85% (возбудители дифтерии, туберкулеза, холерный вибрион). В клетке вода находится как в свободном состоянии, так и в связанном со структурными элементами. Из-за высокой полярности молекул вода является лучшим из известных растворителей для кристаллических солей и ряда органических соединений – спиртов, сахаров, некоторых белков (гидрофильные вещества: альбумины, гистоны).
Слайд 12
![Плохо растворимы или вовсе не растворимы в воде жиры, нуклеиновые](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-11.jpg)
Плохо растворимы или вовсе не растворимы в воде жиры, нуклеиновые кислоты,
некоторые белки (глобулины, фибриллярные белки) – гидрофобные вещества.
Свободная вода служит источником водородных и гидроксильных ионов и является как участником химических реакций, так и основной средой их протекания, обеспечивает транспортировку веществ в клетке, создает тургорное давление, определяя объем и упругость клеток. Велика роль воды в клеточном дыхании.
Слайд 13
![Высушивание приостанавливает метаболические процессы бактериальных клеток, а также их размножение.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-12.jpg)
Высушивание приостанавливает метаболические процессы бактериальных клеток, а также их размножение.
Лиофилизация
- высушивание микроорганизмов в вакууме из замороженного состояния прекращает размножение микробов и способствует их длительному сохранению.
Слайд 14
![Белки распределены в цитоплазме, ядре, цитоплазматической мембране и других структурах.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-13.jpg)
Белки распределены в цитоплазме, ядре, цитоплазматической мембране и других структурах. Известно
более 2000 различных белков, входящих в состав бактерий, из которых большая часть обусловливает ферментативную активность, антигенность и иммуногенность, вирулентность, видовую принадлежность бактерий.
В состав белков входят отсутствующие у человека Д-аминокислоты и диаминопимелиновая кислота.
Слайд 15
![Углеводы представлены простыми (моно- и дисахариды) и комплексными соединениями, входящих](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-14.jpg)
Углеводы представлены простыми (моно- и дисахариды) и комплексными соединениями, входящих в
состав полисахаридных комплексов с белками и липидами. Из них построены клеточные стенки, капсулы и слизистый слой клетки. Некоторые внутриклеточные полисахариды (крахмал, гликоген) являются резервными питательными веществами.
Полисахаридные цепи определяют серологическую специфичность микроорганизмов.
Слайд 16
![Липиды или жиры входят в состав клеточной стенки, где, кроме](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-15.jpg)
Липиды или жиры входят в состав клеточной стенки, где, кроме бимолекулярного
слоя липидов, имеется ЛПС. Липиды цитоплазмы играют роль запасных питательных веществ. Представлены фосфолипидами, жирными кислотами и глицеридами. Наибольшим количеством липидов обладают микобактерии tbc (содержат 12-15% связанных липидов). Липиды брюшнотифозных бактерий являются почти исключительно жирными кислотами. У некоторых бактерий в клетке находятся воски, эфиры миколовой кислоты. Микоплазмы имеют в составе ЦПМ стеролы.
Слайд 17
![Нуклеиновые кислоты определяют наследственность (молекулы ДНК), участвуют в синтезе белков](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-16.jpg)
Нуклеиновые кислоты определяют наследственность (молекулы ДНК), участвуют в синтезе белков (РНК).
По содержанию суммы гуанина и цитозина (ГЦ), выраженной в молярных % (М%) от общего количества оснований ДНК, можно судить о принадлежности бактерий к определенным таксономическим группам (к виду).
Слайд 18
![Неорганические вещества в микробных клетках представлены Р, S, Na, Mg,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-17.jpg)
Неорганические вещества в микробных клетках представлены Р, S, Na, Mg, K,
Ca, Fe, и микроэлементами (Mo, Сo, В, Mn, Zn, Cn, Li, Ba и др.) Они участвуют в регуляции осмотического давления, PH среды, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), активируют ферменты, включены в структуру ферментов, витаминов и компонентов бактерий. Общее содержание минеральных веществ в бактериях, выращенных на обычных питательных средах, составляет 2-14% веса сухой микробной массы.
Слайд 19
![Химический состав микробной клетки зависит от веществ, составляющих питательную среду, характера обмена и условий культивирования.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-18.jpg)
Химический состав микробной клетки зависит от веществ, составляющих питательную среду, характера
обмена и условий культивирования.
Слайд 20
![Особенностями питания бактериальной клетки являются: 1. поступление питательных веществ внутрь](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-19.jpg)
Особенностями питания бактериальной клетки являются:
1. поступление питательных веществ внутрь клетки и
выделение продуктов метаболизма через всю ее поверхность,
2. высокая скорость метаболических процессов и адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.
Слайд 21
![Типы питания В зависимости от источников углерода различают: аутотрофы (autos](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-20.jpg)
Типы питания
В зависимости от источников углерода различают:
аутотрофы (autos – сам, trophe
– пища: самопитающиеся)
гетеротрофы (heteros – другой, trophe – пища)
- сапрофиты или метатрофы
- паратрофы или паразиты (облигатные и факультативные)
- гипотрофы
В зависимости от способности синтезировать необходимые органические соединения:
ауксотрофы
прототрофы
Слайд 22
![- аутотрофы (autos – сам, trophe – пища: самопитающиеся), использующие](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-21.jpg)
- аутотрофы (autos – сам, trophe – пища: самопитающиеся), использующие для
построения клеток CO2 и другие неорганические соединения
- гетеротрофы (heteros – другой, trophe – пища), «питающиеся за счет других», используют различные углеродсодержащие органические соединения – гексозы, спирты, углеводороды.
Слайд 23
![Аутотрофными являются почвенные нитрифицирующие бактерии, которые при помощи реакции химического](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-22.jpg)
Аутотрофными являются почвенные нитрифицирующие бактерии, которые при помощи реакции химического синтеза
ассимилируют углерод из углекислоты, серобактерии, обитающие в воде с H2S; железобактерии, живущие в воде с закисным железом и др.
Гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, называются сапрофитами или метатрофами. Это преобладающая по численности часть микробов, способных ассимилировать углерод только из органических соединений, они достаточно широко распостранены в природе.
Слайд 24
![Другая, меньшая по своей численности часть гетеротрофов, адаптировавшихся к паразитическому](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-23.jpg)
Другая, меньшая по своей численности часть гетеротрофов, адаптировавшихся к паразитическому существованию
в живых тканях и, как правило, вызывающие заболевания у человека и животных, осуществляет свое питание за счет нативного белка высших организмов. Это – микробы паратрофы или паразиты, их относят к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам.
Среди патогенных микроорганизмов встречаются облигатные паразиты (parasitos — нахлебник) которые способны существовать только внутри клетки хозяина (риккетсии, хламидии, вирусы и некоторые простейшие) и факультативные паразиты, способные к жизни как внутри так и вне клеток.
Слайд 25
![Гипотрофия является крайней степенью утраты метаболической активности. Гипотрофные бактерии обеспечивают](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-24.jpg)
Гипотрофия является крайней степенью утраты метаболической активности. Гипотрофные бактерии обеспечивают свою
жизнедеятельность, утилизируя клеточные структуры или метаболиты хозяина.
Наиболее прихотливые бактерии или мутанты с наследственными дефектами способны к росту только в среде, дополненной определенными компонентами, к синтезу которых сами не способны. Их называют ауксотрофами.
При возникновении ауксотрофии вследствии мутации, «дикий» или основной тип микроорганизмов не нуждается в данном факторе роста и является прототрофом.
Слайд 26
![Факторы роста микробов являются важнейшими регуляторами обмена, могут быть сравнимы](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-25.jpg)
Факторы роста микробов являются важнейшими регуляторами обмена, могут быть сравнимы с
витаминами животных и ауксинами растений. К ним принадлежат: пантотеновая кислота, никотиновая кислота и ее амид, урацил, биотин, рибофлавин, некоторые аминокислоты и др. Эти соединения содержатся в микробных клетках в ничтожно малых количествах по сравнению с так называемыми пластическими и энергетическими веществами, из которых состоит основная масса микробных тел.
Слайд 27
![Ростовые факторы обычно широко синтезируются микробами из промежуточных продуктов их](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-26.jpg)
Ростовые факторы обычно широко синтезируются микробами из промежуточных продуктов их обмена.
Однако, некоторые микробные виды, особенно приспособившиеся к паразитаческому существованию болезнетворные микроорганизмы, утратили способность к самостоятельному синтезу тех или иных необходимых им факторов роста или промежуточных продуктов, из которых они образуются. Жизнедеятельность таких организмов становиться возможной лишь при условии поступления недостающих факторов извне.
Слайд 28
![Классическим примером бактерий, нуждающихся в присутствии в питательной среде добавочных](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-27.jpg)
Классическим примером бактерий, нуждающихся в присутствии в питательной среде добавочных факторов,
может служить гемофильная палочка Прайфера, названная так потому, что для ее выращивания применяются среды, содержащие кровь, в которой имеются необходимые для данного микроорганизма ростовые факторы роста Х- фактор гемина и У- фактор НАД.
Слайд 29
![Типы питания В зависимости от окисляемого субстрата: литотрофы (lithos -](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-28.jpg)
Типы питания
В зависимости от окисляемого субстрата:
литотрофы (lithos - камень)
органотрофы
В зависимости
от источника энергии:
Фототрофы
хемотрофы
По наличию способности захватывать и утилизировать твердофазные объекты:
голозои
голофиты
Слайд 30
![Литотрофы (lithos - камень) –использующие в качестве доноров электронов неорганические](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-29.jpg)
Литотрофы (lithos - камень) –использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения.
Органотрофы
– утилизирующие органические вещества.
Фототрофы - фотосинтезирующие, использующие энергию света (сине-зеленые водоросли)
Хемотрофы - для которых необходимы химические источники энергии.
Слайд 31
![По наличию способности захватывать и утилизировать твердофазные объекты за счет](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-30.jpg)
По наличию способности захватывать и утилизировать твердофазные объекты за счет так
называемого «внешнего питания» – секретируемых вне клеточных ферментов – выделяют бактерии с голозойным типом питания (голозои). В результате образуется простые водорастворимые молекулы, проникающие через клеточную стенку в цитоплазму.
Микроорганизмы, получающие питательные вещества в виде относительно простых молекул, растворенных в воде называют голофитами. Подобный тип питания присущ также всем растениям.
Слайд 32
![Механизмы питания Поступление веществ в бактериальную клетку зависит от величины](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-31.jpg)
Механизмы питания
Поступление веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости
их молекул в липидах или воде, концентрации вещества и других факторов. Основным регулятором этого процесса является цитоплазматическая мембрана. (ЦПМ).
Слайд 33
![Механизмы проникновения веществ в клетку Простая или пассивная диффузия Облегченная диффузия Активный транспорт Перенос (транслокация) групп](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-32.jpg)
Механизмы проникновения веществ в клетку
Простая или пассивная диффузия
Облегченная диффузия
Активный транспорт
Перенос (транслокация) групп
Слайд 34
![Простая или пассивная диффузия – наиболее простой способ. При этом](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-33.jpg)
Простая или пассивная диффузия – наиболее простой способ. При этом перемещение
веществ происходит вследствии разницы их концентраций по обе стороны ЦПМ. Осуществляется без затраты энергии (например проникновение Н2O2)
Слайд 35
![Облегченная диффузия. Принцип тот же, но используются молекулы-переносчики, локализованные в](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-34.jpg)
Облегченная диффузия. Принцип тот же, но используются молекулы-переносчики, локализованные в ЦПМ
и обладающие специфичностью. Это пермеазы, которые синтезируются ЦПМ. Каждая пермеаза адсорбирует определенные молекулы питательного вещества на наружней стороне цитоплазматической мембраны, вступает с ним во временную связь и переносит его через мембрану, оставляя вещество в цитоплазме. Освободившись от одной молекулы, пермеаза возвращается за следующей.
Слайд 36
![Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, при этом вещества перемещаются](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-35.jpg)
Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, при этом вещества перемещаются от
более высокой концентрации к более низкой – по градиенту концентрации. Характерна для эукареотических клеток при поглощении сахаров. У бактерий единственным примером является проникновение глицерина в клетку микроорганизмов семейства кишечных.
Слайд 37
![Активный транспорт - происходит с участием перемеаз и направлен на](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-36.jpg)
Активный транспорт - происходит с участием перемеаз и направлен на перенос
веществ от меньшей концентрации в сторону большей, т.е. против градиента концентрации (течения). Сопровождается затратой энергии. При этом энергия направлена на изменение концентрации поглощаемого субстрата.
Слайд 38
![Перенос (транслокация) групп отличается от активного транспорта тем, что в](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/230876/slide-37.jpg)
Перенос (транслокация) групп отличается от активного транспорта тем, что в процессе
переноса молекула вещества подвергается химической перестройке. Это также энергозависимый процесс, используется при утилизации углеводов, в частности, глюкозы.
При этом концентрация неизменного питательного вещества внутри клетки остается очень низкой, но содержание химически измененного соединения внутри клетки может значительно превышать концентрацию свободного соединения в среде.